【正文】 品方案及工藝流程介紹 ........................................................... 4 產(chǎn)品品種、規(guī)格、質(zhì)量指標(biāo)及擬建規(guī)模 ................................................. 4 生產(chǎn)方法簡述 ....................................................................... 4 工藝流程說明 ....................................................................... 4 生產(chǎn)工藝特點(diǎn) ....................................................................... 5 主要工藝指標(biāo) ....................................................................... 5 3 主要塔設(shè)備計(jì)算及選型 ................................................................. 6 汽化塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 ....................................................... 6 合成塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 ...................................................... 14 初餾塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 ...................................................... 18 精餾塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 ...................................................... 24 回收塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 ...................................................... 30 4 環(huán)境保護(hù)及三廢處理 .................................................................. 38 主要污染源及主要污染物 ............................................................ 38 設(shè)計(jì)中采取的環(huán)保措施及其簡要處理工藝流程 .......................................... 38 裝置危險(xiǎn)性物料主要物性 ............................................................ 39 總結(jié) .................................................................................. 40 致謝 .................................................................................. 41 參考文獻(xiàn) .............................................................................. 42 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 前言 二甲醚又稱甲醚、木醚氧 ,是重要的甲醇下游產(chǎn)品。由于其良好的水溶性、油溶性，使得其應(yīng)用范圍大大優(yōu)于丙烷、 丁烷 等石油化學(xué)品。它還是未來制取低碳 烯烴 的主要原料之一。 本次設(shè)計(jì)共分 3 部分，設(shè)計(jì)人主要負(fù)責(zé)圖紙的繪制，設(shè)備的選型以及工藝計(jì)算有其他兩名同學(xué)合作共同完成，設(shè)計(jì)圖紙主要包括 PID、 PFD 圖。 隨著石油資源的緊缺及價(jià)格上漲，清潔環(huán)保理念的深入，作為柴油替代資源的清潔燃料 —— 二甲醚得到大力推廣，并逐漸進(jìn)入了民用燃料市場和汽車燃料市場 ，二甲醚的合成研究已成為各國科技人員的研究焦點(diǎn)。 第三， DME 還是重要的化工原料 ,可用于許多精細(xì)化學(xué)品的合成 ,同時(shí)在輕化、制藥、燃料、農(nóng)藥等工業(yè)中有許多獨(dú)特的用途。 表 DME 液化氣與液化石油氣性質(zhì)比較 項(xiàng)目 分子量 壓力 Mpa (60℃ ) 燃燒溫 度℃ 爆炸下限 % 理論空氣量 預(yù)混氣熱值 KJ/ m3 DME LPG 2250 2055 4219 3903 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 表 DME 與 0＃ 柴油的比較 對比項(xiàng)目 DME 0＃柴油 分子量 190～ 220 沸點(diǎn)（℃） 180～ 360 十六烷值 55～ 60 40～ 50 低熱值（ kJ/kg） 28840 42500 理論空燃比 9 氧含量（ %） — 硫化物 — 有 原料說明 原料名稱：甲醇 分子式 CH3OH，相對分子質(zhì)量 。甲醇蒸汽和空氣混合能形成爆炸性混合物，爆炸極限為 %～ %（體積）。在100ml 水中可溶 解 二甲醚氣體，且二甲醚易溶于汽油、四氯化碳、丙酮、氯苯和乙酸甲酯等多種有機(jī)溶劑，加入少量助劑后就可與水以任意比互溶。 一步法以合成氣 (CO+H2)為原料，在甲醇合成以及甲醇脫水的復(fù)合催化 劑上直接合成二甲醚，再提純得到二甲醚產(chǎn)品。即甲醇的合成與甲醇脫水。 (3)合成氣冷卻 反應(yīng)器出口氣中含有 DME，它在進(jìn)出氣換熱器中通過工藝氣體冷卻，接著在甲醇蒸餾塔底部通過蒸餾塔換熱器的工藝液體冷卻，然后在二甲醚精餾塔冷卻器中用冷卻水冷卻，最后出口氣在冷凝器中大部分冷凝后被送至二甲醚精餾塔。 生產(chǎn)工藝特點(diǎn) 本工藝裝置的主要工藝特點(diǎn)是流程簡潔，工藝條件溫和，裝置內(nèi)熱能利用較好，操作簡易方便。所用沸石型酸性氧化鋁分子篩為φ=3mm， L=5～ 8 mm白色顆粒狀，堆積體積密度≤ ，具有良好的化學(xué)性質(zhì)及足夠的撞擊強(qiáng)度與耐磨強(qiáng)度，對于甲醇縮水生成二甲醚的工藝過程，該催化劑的催化活性、選擇性、與穩(wěn)定性均顯示出了優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在再生與使用周期上也有較好的 表現(xiàn)。因此粉碎或廢棄的分子篩可就地填埋或送催化劑配制公司回收處理。操作回流比可取為最小回流比的 倍，所以取回流比 ??。本設(shè)計(jì)選用 （溫度為 ℃ ）的飽和水蒸氣作為加熱介質(zhì)，水蒸氣易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本會相應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。 （ 2）冷凝器的熱負(fù)荷及冷卻介質(zhì)消耗量 冷凝器的熱負(fù)荷 )()1( LDVDC IIDRQ ??? 其中 VDI —— 塔頂上升蒸汽的焓； LDI —— 塔頂餾出液的焓。 加熱蒸汽消耗量 rH??水 蒸 氣 kj/kg (℃ ,) 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11hkgH QWrSh / 74 ???? ??水蒸氣 表 熱量衡算數(shù)據(jù)結(jié)果列表單位 kcal/h 符號 CQ CW FQ DQ WQ SQ? hW 數(shù)值 0 107 理論板數(shù)、塔徑、填料選擇及填料層高度的計(jì)算 （ 1）理論板數(shù)的計(jì)算 由于本次設(shè)計(jì)時(shí)汽化塔的相對揮發(fā)度是變化的，所以不能用 簡捷法 求得，應(yīng)用圖解法。 本汽化塔設(shè)計(jì)選用 25 金屬拉西環(huán)亂堆填料。s， L=， G= kg/h ， A= 代入式中求解得 fu = m/s 空塔氣速 u= fu = =, ????? VDF ttt ℃ 體積流量 smVS / 6 0 0100 1 3 2 103 1 ) 7 ( 2 5 6 353 ??? ????? SQ? hW蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 考慮到市場的需求存在波動性 , 設(shè)計(jì)中選取四個(gè)塔，則每個(gè)塔的體積流量 : 30 .2 5 2 .4 3 /SSV V m s? ??,則求得塔徑 D= 圓整后： D= 空塔氣速 u=提餾段： hkgGhkgLmkgmkg Lv / 9 3 6 3,/ 9 8 9 9,/ 5 4,/ 33 ???? ?? 代入數(shù)值得 fu? =空塔氣速 u= fu? = m/s 2 ????? WF ttt℃ 體 積流量 smVS / 6 0 1 103 1 ) 7 ( 2 1 0 353 ??? ????? 于是 sV? =14 sV = sm/3 muVD S ?????? ? 圓整后： D=, 空塔氣速 u=選取整塔塔徑為 D=。℃ )?！?)，則交換熱量為 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 hkJtCQ P / 1 4 4 8 3)() 6 098,2 8 9( ???????????? 則換熱面積為： 9 72 0 0 ????? 查文獻(xiàn)選取換熱器規(guī)格為： Φ2731500，換熱面積 F= （ 3）第二熱交換器的計(jì)算選型： 原料液溫度由常溫 25℃加熱到汽化塔進(jìn)料溫度 ℃，第一熱交換器出來的熱流體由260℃降至 170℃，傳熱系數(shù)取 K=200 W/(m2 逆流： T 170℃→ 100℃ t 35℃← 20℃ 20xx0 35170ln)20xx0()35170()/l n (1212 ????????? ????? tt tttm℃ 進(jìn)入第一冷凝器的熱量： hkJQ / 1 8 5 5 8 9 57 5 4 2 5 4 3 3%)101( 1 2 3 6 9 8%)101( 2 ?????????? 表 沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表 沸點(diǎn) /℃ 蒸發(fā)潛熱rH?/(KJ/mol) CT /K 二甲醚 甲醇 水 100 由沃森公式計(jì)算平均溫度 135℃下的潛熱 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 1212 )11(???? TTHH ????? 135℃時(shí)， 對二甲醚： ???? Cr TTT， ???? Cr TTT 可以看出不能用沃森公式推算，結(jié)合化工工藝手冊乙醚在 140℃下的 蒸發(fā)潛熱，可估算二甲醚在此溫度下的蒸發(fā)潛熱為 rH? DME =135℃時(shí)， 對水： 6 3 4 7 1 3 7 322 ???? Cr TTT, 5 7 4 7 1 0 7 311 ???? Cr TTT 則， hkJH / ???? ）（水? 對甲醇，同理得 2rT = ， 1rT = 則， hkJH /9 9 )6 5 7 9 ?????? （甲醇? 于是混合液的汽化潛熱 rH? 可由下式計(jì)算， hkJH / 6 7 2 6 2 7 9 333 ??????????? ? 取該條件下混合液體的比熱容 pc =(kg℃ )，則交換熱量為 hkJtCHQ p /%20 )()25100( ?? ??????????????? ? 換熱系數(shù)取 K=800 W/(m2 二甲醚的比熱容采用摩爾定壓方程 23,pmC A B T C T D T? ? ? ?計(jì)算得出（數(shù)據(jù)來自于化學(xué)工程師手冊 [4]P59），甲醇的比熱容查自于化工工藝手冊上冊 [3]2702 Dt 溫度下： 1pC? kcal/(kmol K) )/()9 2 9 ( 2 9 )1(21 Kk m o lkJxCxCC DpDppD ???????????? 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 Wt 溫度下 1pC? kJ/(kmol K) ?pC kcal/(kmol Ft 溫度下： )/( Kkm olkJC p ?? ， 2 ? kcal/(kmol K)] 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 熱量 Q（ kJ/h） 理論塔板數(shù)的計(jì)算 塔頂溫度下， ? ? 塔底溫度下， ? ? 則全塔平均相對揮發(fā)度： ????? WDm ??? )]1)(1lg [ (m i n ???? mW WDD x xxxN ? in???RRR 查吉利蘭圖得， ???N NN ，解得 N=（含釜） 進(jìn)料液的相對揮發(fā)度為 ?? 塔頂與進(jìn)料的相對揮發(fā)度： ????? FDm ??? )]1)(1lg [ (m i n ???? mF FDD x xxxN ? 同上可得， N= 取整數(shù)，精餾段理 論板數(shù)為 14 塊，加料板位置為從塔頂數(shù)第 15 塊理論板，整塔理論板數(shù)為 25 塊 初餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 表 二甲醚和甲醇在不同溫度下的密度 溫度 /℃ ? ? ? 二甲醚密度/(g/ml) 甲醇密度 /(g/ml) （ 1）塔頂條